3.1 基因工程及其技术 第3课时 课件 高中生物苏教版（2019）选择性必修3(共32张PPT)
文档属性
| 名称 | 3.1 基因工程及其技术 第3课时 课件 高中生物苏教版（2019）选择性必修3(共32张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 2.0MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2025-03-17 23:35:36 | ||
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文档简介
(共32张PPT)
第1节 基因工程及其技术
第3课时
阐明基因工程的原理，能运用流程图的形式概括出基因工程的基本操作程序。
概述目的基因获取的4种方法，以及DNA粗提取的具体流程。
如果利用大肠杆菌生产人类胰岛素，将需要经过哪些步骤呢？
基因工程的基本操作程序:
目的基因的筛选与获取
基因表达
载体的构建
将目的基因
导入受体细胞
目的基因的检测与鉴定
一、目的基因的获取
1.目的基因主要是________________________
编码蛋白质的基因
例如：
自主阅读P94
与生物抗逆性相关的基因
与优良品质相关的基因
与生物药物和保健品相关的基因
与毒物降解相关的基因
与工业所需用酶相关的基因等
DNA片段
基因1 基因2 基因3
放大
终止子
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
启动子
能转录相应的mRNA，
进一步编码（翻译）
出蛋白质的DNA区段。
不能转录为相应的mRNA，不能编码蛋白质的区段
不能转录为相应的mRNA，不能编码蛋白质的区段
原核细胞基因结构（补充内容）：
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
启动子
终止子
非编码区：
含有能调控遗传信息表达的DNA序列。
不转录，不编码蛋白质。
RNA聚合酶识别并结合的位点，驱动基因转录出mRNA
启动子
终止子
本质：
位置：
作用：
是一段有特殊序列结构的DNA片段；
位于基因上游；
本质：
位置：
作用：
也是一段有特殊序列结构的DNA片段；
位于基因下游；
终止转录
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
启动子
终止子
思考：区分启动子和终止子与起始密码子和终止密码子？
启动子和起始密码子、终止子和终止密码子的区别
项目 启动子 终止子 起始密码子 终止密码子
化学 成分 DNA片段 DNA片段 mRNA上三个相邻碱基 mRNA上三个相邻碱基
位置 目的基因首端 目的基因尾端 mRNA首端 mRNA尾端
作用 RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出RNA 决定转录 的结束 翻译的 起始信号 决定翻译过程的结束
真核细胞的基因结构（补充内容）：
编码区
非编码区
非编码区
内含子
外显子
启动子
终止子
编码区上游
编码区下游
编码区：
间隔的、不连续的，
有外显子、内含子之分。
间隔的、不连续的
外显子：
内含子：
数量关系：外显子=内含子 + 1
能转录相应的mRNA，进一步能编码蛋白质的DNA序列
能转录相应的mRNA，但却不能编码蛋白质的DNA序列
原核细胞 真核细胞
不同点 编码区是_____的 编码区是间隔的、_____的
相同点 都由能够编码蛋白质的________和具有调控作用的________区组成的 原核细胞与真核细胞的基因结构比较
（2）编码相同数目氨基酸的蛋白质，原核细胞与真核细胞基因结构一样长吗？
连续
不连续
编码区
非编码
（1）非编码序列：
包括非编码区和内含子
2.获取目的基因的常用方法：
一、目的基因的获取
从生物组织中直接获取
化学方法直接人工合成
从基因文库中获取目的基因
利用 PCR 技术扩增目的基因
2.1 化学方法直接人工合成
①反转录法*：主要用于相对分子质量较大而又不知其核苷酸序列的基因。
它以目的基因的mRNA为模板，借助逆转录酶合成双链DNA，其过程如下：
目的基因的mRNA
双链DNA（目的基因）
反转录
②化学合成法：a.对比较小的目的基因，明确脱氧核苷酸序列后，可通过DNA合成仪直接人工合成；
DNA合成仪
②化学合成法：b.对于全基因或较大基因，采用半合成的方法。
合成基因的部分寡核苷酸片段
适当条件下退火得到模板—引物复合体
在 dNTP 存在的条件下，通过 Klenow酶将双链 DNA 的突出 5′ 端补平，合成相应的互补链，再用相应的 DNA 连接酶修复缺口，获得两条完整的互补双链
某种基因的化学合成过程示意图
2.2 从基因文库中获取目的基因
基因文库：将含有某种生物不同基因的许多 DNA 片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。
组成：
基因组文库：
部分基因文库：
包含一种生物的全部基因
如cDNA文库
限制酶
基因组DNA
与载体重组
转化细菌
体外包装
某种生物的DNA
限制酶
多个DNA片段
与载体重组
导入受体菌储存
其目的是分离有用的目的基因和
保存某种生物的全部基因。
基因组文库
与载体重组
反转录酶
mRNA
cDNA
特定细胞内的mRNA
反转录酶
mRNA-DNA杂合链
降解mRNA
单链DNA
DNA聚合酶
双链DNA
导入受体菌群储存
与载体重组
cDNA文库
基因组文库和部分基因文库的比较
文库类型 cDNA文库 基因组文库
文库大小
基因中启动子
基因中内含子
基因多少
物种间基因交流
小
大
无
有
无
有
某种生物的部分基因
某种生物的全部基因
可以
部分基因可以
答：用 DNA 探针从基因文库中准确提取目的基因
根据目的基因的核苷酸序列制成一段与之互补的核苷酸短链，并用同位素标记，即成为探针。用这一探针探查基因文库中已经变性的 DNA 片段（单链），如果有一个 DNA 片段能和探针片段互补而结合成双链（分子杂交），这一片段即含有所需要的基因。
思考：1.如何从基因文库中提取目的基因？
转录
初级RNA
成熟mRNA
非编码区
非编码区
编码区
与RNA聚合酶结合位点
外显子
内含子
1
2
3
4
5
启动子
终止子
剪切、拼接
DNA聚合酶
单链DNA
cDNA
逆转录酶
逆转录
复制
不含非编码序列。即不含非编码区和内含子
2. 真核生物的基因用逆转录法得到的cDNA与原基因相同吗？
PCR——
多聚酶链式反应
是一项在生物体外对目的基因进行扩增的技术。通过此技术，可获取大量的目的基因（优点）。
2.3 利用 PCR 技术扩增目的基因
原理：
前提：
原料：
方式：
DNA复制
要有一段已知目的基因的核苷酸序列（为了合成引物）
以_______方式扩增，即______（n为扩增循环的次数）
指数
2n
模板DNA；DNA引物；四种脱氧核苷酸；热稳定DNA聚合酶（Taq酶）；
2.3 利用 PCR 技术扩增目的基因
变性：加热至90℃以上双链DNA高温下打开
退火：冷却至55℃左右
DNA引物与单链DNA结合
延伸：加热至72℃左右以目的基因为模板，合成互补的新DNA链
变性
退火
延伸
过程：
DNA的 提取和 鉴定
DNA从哪
儿提取？
怎样将DNA与
细胞中的其他
物质分离？
如何鉴定
——DNA的粗提取与鉴定
2.4 从生物组织中直接获取
DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精
初步分离 DNA 和蛋白质
DNA 在不同浓度的NaCl 溶液中溶解度不同，能溶于物质的量浓度为2 mol/L的NaCl 溶液，在0.14 mol/L的NaCl 溶液中溶解度最小
溶解DNA
在一定温度下，DNA被二苯胺试剂染成蓝色
鉴定DNA
1.实验原理：
DNA的粗提取与鉴定
边做边学：
2.实验材料：
一般选取鸡血来提取DNA，鸡血中血细胞含量高，DNA含量丰富，材料易得，细胞易吸水涨破。也可以选用植物细胞如洋葱等，只是破碎植物细胞比较麻烦，提取洋葱DNA时，需先将洋葱切碎，然后加入一定量的洗涤剂和食盐，进行充分搅拌和研磨，过滤后收集研磨液。
注意：该实验中不能选用猪血处等哺乳动物的血，因为哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和各种细胞器。
洗涤剂作用：溶解细胞膜、核膜，释放出细胞内含物
食盐的作用：使构成染色体的核蛋白加速解聚，游离出DNA分子，并使DNA分子充分溶解于NaCl溶液中
3.实验步骤：
制备鸡血细胞
取质量浓度为0.1g·mL-1的柠檬酸钠溶液（防止血液凝固）100mL和新鲜鸡血180mL，注入500mL烧杯中，充分搅拌。将混合均匀的鸡血细胞液置于4℃冰箱内，静置一天，使血细胞沉淀。
破碎细胞：取出准备好的鸡血细胞液5~10mL，注入50mL烧杯中，并向烧杯中加入20mL蒸馏水，搅拌5min；
提取核内物质：用垫有纱布的漏斗过滤，取其滤液。
破碎细胞，获取含DNA的滤液
3.实验步骤：
溶解细胞核内的DNA
取物质的量浓度为2mol·L-1的NaCl溶液40mL加入滤液中，用玻璃棒沿同一方向轻轻搅拌，使其混合均匀，并过滤除去不溶的杂质。
析出含DNA的黏稠物
取适量蒸馏水沿烧杯壁缓缓加入滤液，同时用玻璃棒沿同一方向轻轻搅拌，观察烧杯中有无丝状物出现。当丝状物不再增加时，停止加入蒸馏水。用玻璃棒将丝状物挑起，这就是含有一定杂质的DNA
4.实验结果展示：
猕猴桃的DNA
猪肝细胞的DNA
原则：凡是含有DNA的生物材料都可以考虑，但选用DNA含量相对较高的生物组织，成功的可能性更大
试管 编号 A（对照组） B（实验组）
步骤1 2 mol/L的 NaCl溶液5mL 2 mol/L的
NaCl溶液5mL
步骤2 不进行任何处理 加丝状物或沉淀物
步骤3 加入4mL二苯胺试剂，混匀 加入4mL二苯胺试剂，混匀
步骤4 沸水浴5 min 沸水浴5 min
实验 现象 溶液不变蓝色 溶液逐渐变为蓝色
实验 结论 DNA在沸水浴的情况下遇二苯胺会被染成蓝色 DNA的鉴定及结果
小组讨论：
2.DNA的粗提取完成后，如何进一步纯化上述含有杂质的DNA？
不相同；第一次加入的目的是使鸡血细胞吸水涨破，释放出核物质，
第二次加入的目的是稀释 NaCl 溶液，从而析出 DNA。
向溶解有 DNA 和蛋白质的溶液中加入适量的、冷却的、体积分数为95% 的乙醇溶液，溶液中会出现白色丝状物即 DNA，而部分蛋白质会溶解在乙醇溶液中，这样可以对 DNA 起到进一步的纯化作用。
1.在DNA的粗提取中，两次加入蒸馏水的作用相同吗？
目的基因的获取
目的基因
获取目的基因的常用方法
从生物组织中直接获取
化学方法直接人工合成
从基因文库中获取目的基因
利用 PCR 技术扩增目的基因
启动子
终止子
起始密码子
终止密码子
内含子
外显子
第1节 基因工程及其技术
第3课时
阐明基因工程的原理，能运用流程图的形式概括出基因工程的基本操作程序。
概述目的基因获取的4种方法，以及DNA粗提取的具体流程。
如果利用大肠杆菌生产人类胰岛素，将需要经过哪些步骤呢？
基因工程的基本操作程序:
目的基因的筛选与获取
基因表达
载体的构建
将目的基因
导入受体细胞
目的基因的检测与鉴定
一、目的基因的获取
1.目的基因主要是________________________
编码蛋白质的基因
例如：
自主阅读P94
与生物抗逆性相关的基因
与优良品质相关的基因
与生物药物和保健品相关的基因
与毒物降解相关的基因
与工业所需用酶相关的基因等
DNA片段
基因1 基因2 基因3
放大
终止子
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
启动子
能转录相应的mRNA，
进一步编码（翻译）
出蛋白质的DNA区段。
不能转录为相应的mRNA，不能编码蛋白质的区段
不能转录为相应的mRNA，不能编码蛋白质的区段
原核细胞基因结构（补充内容）：
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
启动子
终止子
非编码区：
含有能调控遗传信息表达的DNA序列。
不转录，不编码蛋白质。
RNA聚合酶识别并结合的位点，驱动基因转录出mRNA
启动子
终止子
本质：
位置：
作用：
是一段有特殊序列结构的DNA片段；
位于基因上游；
本质：
位置：
作用：
也是一段有特殊序列结构的DNA片段；
位于基因下游；
终止转录
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
启动子
终止子
思考：区分启动子和终止子与起始密码子和终止密码子？
启动子和起始密码子、终止子和终止密码子的区别
项目 启动子 终止子 起始密码子 终止密码子
化学 成分 DNA片段 DNA片段 mRNA上三个相邻碱基 mRNA上三个相邻碱基
位置 目的基因首端 目的基因尾端 mRNA首端 mRNA尾端
作用 RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出RNA 决定转录 的结束 翻译的 起始信号 决定翻译过程的结束
真核细胞的基因结构（补充内容）：
编码区
非编码区
非编码区
内含子
外显子
启动子
终止子
编码区上游
编码区下游
编码区：
间隔的、不连续的，
有外显子、内含子之分。
间隔的、不连续的
外显子：
内含子：
数量关系：外显子=内含子 + 1
能转录相应的mRNA，进一步能编码蛋白质的DNA序列
能转录相应的mRNA，但却不能编码蛋白质的DNA序列
原核细胞 真核细胞
不同点 编码区是_____的 编码区是间隔的、_____的
相同点 都由能够编码蛋白质的________和具有调控作用的________区组成的 原核细胞与真核细胞的基因结构比较
（2）编码相同数目氨基酸的蛋白质，原核细胞与真核细胞基因结构一样长吗？
连续
不连续
编码区
非编码
（1）非编码序列：
包括非编码区和内含子
2.获取目的基因的常用方法：
一、目的基因的获取
从生物组织中直接获取
化学方法直接人工合成
从基因文库中获取目的基因
利用 PCR 技术扩增目的基因
2.1 化学方法直接人工合成
①反转录法*：主要用于相对分子质量较大而又不知其核苷酸序列的基因。
它以目的基因的mRNA为模板，借助逆转录酶合成双链DNA，其过程如下：
目的基因的mRNA
双链DNA（目的基因）
反转录
②化学合成法：a.对比较小的目的基因，明确脱氧核苷酸序列后，可通过DNA合成仪直接人工合成；
DNA合成仪
②化学合成法：b.对于全基因或较大基因，采用半合成的方法。
合成基因的部分寡核苷酸片段
适当条件下退火得到模板—引物复合体
在 dNTP 存在的条件下，通过 Klenow酶将双链 DNA 的突出 5′ 端补平，合成相应的互补链，再用相应的 DNA 连接酶修复缺口，获得两条完整的互补双链
某种基因的化学合成过程示意图
2.2 从基因文库中获取目的基因
基因文库：将含有某种生物不同基因的许多 DNA 片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。
组成：
基因组文库：
部分基因文库：
包含一种生物的全部基因
如cDNA文库
限制酶
基因组DNA
与载体重组
转化细菌
体外包装
某种生物的DNA
限制酶
多个DNA片段
与载体重组
导入受体菌储存
其目的是分离有用的目的基因和
保存某种生物的全部基因。
基因组文库
与载体重组
反转录酶
mRNA
cDNA
特定细胞内的mRNA
反转录酶
mRNA-DNA杂合链
降解mRNA
单链DNA
DNA聚合酶
双链DNA
导入受体菌群储存
与载体重组
cDNA文库
基因组文库和部分基因文库的比较
文库类型 cDNA文库 基因组文库
文库大小
基因中启动子
基因中内含子
基因多少
物种间基因交流
小
大
无
有
无
有
某种生物的部分基因
某种生物的全部基因
可以
部分基因可以
答：用 DNA 探针从基因文库中准确提取目的基因
根据目的基因的核苷酸序列制成一段与之互补的核苷酸短链，并用同位素标记，即成为探针。用这一探针探查基因文库中已经变性的 DNA 片段（单链），如果有一个 DNA 片段能和探针片段互补而结合成双链（分子杂交），这一片段即含有所需要的基因。
思考：1.如何从基因文库中提取目的基因？
转录
初级RNA
成熟mRNA
非编码区
非编码区
编码区
与RNA聚合酶结合位点
外显子
内含子
1
2
3
4
5
启动子
终止子
剪切、拼接
DNA聚合酶
单链DNA
cDNA
逆转录酶
逆转录
复制
不含非编码序列。即不含非编码区和内含子
2. 真核生物的基因用逆转录法得到的cDNA与原基因相同吗？
PCR——
多聚酶链式反应
是一项在生物体外对目的基因进行扩增的技术。通过此技术，可获取大量的目的基因（优点）。
2.3 利用 PCR 技术扩增目的基因
原理：
前提：
原料：
方式：
DNA复制
要有一段已知目的基因的核苷酸序列（为了合成引物）
以_______方式扩增，即______（n为扩增循环的次数）
指数
2n
模板DNA；DNA引物；四种脱氧核苷酸；热稳定DNA聚合酶（Taq酶）；
2.3 利用 PCR 技术扩增目的基因
变性：加热至90℃以上双链DNA高温下打开
退火：冷却至55℃左右
DNA引物与单链DNA结合
延伸：加热至72℃左右以目的基因为模板，合成互补的新DNA链
变性
退火
延伸
过程：
DNA的 提取和 鉴定
DNA从哪
儿提取？
怎样将DNA与
细胞中的其他
物质分离？
如何鉴定
——DNA的粗提取与鉴定
2.4 从生物组织中直接获取
DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精
初步分离 DNA 和蛋白质
DNA 在不同浓度的NaCl 溶液中溶解度不同，能溶于物质的量浓度为2 mol/L的NaCl 溶液，在0.14 mol/L的NaCl 溶液中溶解度最小
溶解DNA
在一定温度下，DNA被二苯胺试剂染成蓝色
鉴定DNA
1.实验原理：
DNA的粗提取与鉴定
边做边学：
2.实验材料：
一般选取鸡血来提取DNA，鸡血中血细胞含量高，DNA含量丰富，材料易得，细胞易吸水涨破。也可以选用植物细胞如洋葱等，只是破碎植物细胞比较麻烦，提取洋葱DNA时，需先将洋葱切碎，然后加入一定量的洗涤剂和食盐，进行充分搅拌和研磨，过滤后收集研磨液。
注意：该实验中不能选用猪血处等哺乳动物的血，因为哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和各种细胞器。
洗涤剂作用：溶解细胞膜、核膜，释放出细胞内含物
食盐的作用：使构成染色体的核蛋白加速解聚，游离出DNA分子，并使DNA分子充分溶解于NaCl溶液中
3.实验步骤：
制备鸡血细胞
取质量浓度为0.1g·mL-1的柠檬酸钠溶液（防止血液凝固）100mL和新鲜鸡血180mL，注入500mL烧杯中，充分搅拌。将混合均匀的鸡血细胞液置于4℃冰箱内，静置一天，使血细胞沉淀。
破碎细胞：取出准备好的鸡血细胞液5~10mL，注入50mL烧杯中，并向烧杯中加入20mL蒸馏水，搅拌5min；
提取核内物质：用垫有纱布的漏斗过滤，取其滤液。
破碎细胞，获取含DNA的滤液
3.实验步骤：
溶解细胞核内的DNA
取物质的量浓度为2mol·L-1的NaCl溶液40mL加入滤液中，用玻璃棒沿同一方向轻轻搅拌，使其混合均匀，并过滤除去不溶的杂质。
析出含DNA的黏稠物
取适量蒸馏水沿烧杯壁缓缓加入滤液，同时用玻璃棒沿同一方向轻轻搅拌，观察烧杯中有无丝状物出现。当丝状物不再增加时，停止加入蒸馏水。用玻璃棒将丝状物挑起，这就是含有一定杂质的DNA
4.实验结果展示：
猕猴桃的DNA
猪肝细胞的DNA
原则：凡是含有DNA的生物材料都可以考虑，但选用DNA含量相对较高的生物组织，成功的可能性更大
试管 编号 A（对照组） B（实验组）
步骤1 2 mol/L的 NaCl溶液5mL 2 mol/L的
NaCl溶液5mL
步骤2 不进行任何处理 加丝状物或沉淀物
步骤3 加入4mL二苯胺试剂，混匀 加入4mL二苯胺试剂，混匀
步骤4 沸水浴5 min 沸水浴5 min
实验 现象 溶液不变蓝色 溶液逐渐变为蓝色
实验 结论 DNA在沸水浴的情况下遇二苯胺会被染成蓝色 DNA的鉴定及结果
小组讨论：
2.DNA的粗提取完成后，如何进一步纯化上述含有杂质的DNA？
不相同；第一次加入的目的是使鸡血细胞吸水涨破，释放出核物质，
第二次加入的目的是稀释 NaCl 溶液，从而析出 DNA。
向溶解有 DNA 和蛋白质的溶液中加入适量的、冷却的、体积分数为95% 的乙醇溶液，溶液中会出现白色丝状物即 DNA，而部分蛋白质会溶解在乙醇溶液中，这样可以对 DNA 起到进一步的纯化作用。
1.在DNA的粗提取中，两次加入蒸馏水的作用相同吗？
目的基因的获取
目的基因
获取目的基因的常用方法
从生物组织中直接获取
化学方法直接人工合成
从基因文库中获取目的基因
利用 PCR 技术扩增目的基因
启动子
终止子
起始密码子
终止密码子
内含子
外显子
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